EP2921790A1 - Verfahren zum steuern einer heizanlage - Google Patents

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EP2921790A1
EP2921790A1 EP15159151.8A EP15159151A EP2921790A1 EP 2921790 A1 EP2921790 A1 EP 2921790A1 EP 15159151 A EP15159151 A EP 15159151A EP 2921790 A1 EP2921790 A1 EP 2921790A1
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heat
heater
water
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Robert Bosch GmbH
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a heating system according to claim 1 and a control device for carrying out the method according to claim 7.
  • the object of the invention is to provide an improved method for controlling the two heaters of a heating system.
  • the object of the invention is achieved by the method according to claim 1 and by the control device according to claim 7.
  • An advantage of the method described is that the two heaters of the heating system can be used efficiently.
  • the heating system can be set by one operator using two simple, intuitive values.
  • the advantages are achieved by providing for the operation of the heating system, a value for an operating temperature for the water of the water storage and a value for a period of time within which the heating system Water of the water reservoir must heat up to the operating temperature.
  • the operating temperature of the water and the duration of time are intuitive values that can be set by an operator without much knowledge of the operation of the heating system to operate the heating system.
  • the operating temperature and time allow efficient provision of the desired heat output of the heating system.
  • the main heating is designed in the form of a heat pump.
  • a heat output of the heat pump is determined.
  • a heating energy is determined, which is necessary to heat the water storage to the operating temperature. The heat energy is used with the heat pump heat output to determine if the main heater alone is sufficient to heat the water storage to operating temperature over the period of time.
  • the heating power can be provided relatively cheap.
  • the additional heater is designed as an electric heater.
  • the electric heater has the advantage that the electric heater is inexpensive and works reliably.
  • the heat pump is designed in the form of an air heat pump, which receives heat from the medium ambient air.
  • a temperature of the ambient air is measured and taken into account in the determination of the heating power for determining the heat output of the air heat pump. This allows precise control of the heating system.
  • the additional heating is switched off or the additional heating is added.
  • the additional heating is added.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a heating system 1, which has a main heater 2 and an additional heater 3.
  • the main heater 2 and the auxiliary heater 3 are in operative connection with a water tank 4.
  • the water tank 4 is part of a heating system, with the example hot domestic water or hot water for heating with radiators and / or with underfloor heating can be provided.
  • the water reservoir 4 communicates with an inlet 5 and with a drain 6 in connection. Via the inlet 5 colder water is supplied to the water tank 4, as is discharged via the drain 6.
  • a heat exchanger 17 may be provided, which removes the water storage 4 heat to operate a heater.
  • control unit 7 is provided, which is connected via control lines 8 to the main heater 2 and the auxiliary heater 3 in connection.
  • the control unit 7 also has a data memory 9.
  • the controller 7 may be in communication with an input device 10.
  • the control unit 7 is connected via sensor lines 11 to a first temperature sensor 12 and to a second temperature sensor 13.
  • the input device 10 is provided so that an operator can transfer data, values and / or parameters to the control unit 7 or the data memory 9.
  • a specific control program can be selected from a plurality of control programs via the input device 10, the control programs being stored in the data memory 9.
  • an operating temperature for the water of the water reservoir 4 can be input via the input device 10.
  • a time period can be specified via the input device 10, within which the heating system 1 must heat the water reservoir 4 to the operating temperature.
  • the data, the parameters and in particular the operating temperature and the time duration can be stored in the data memory 9 after the input from the control unit 7.
  • the data, parameters and in particular the operating temperature and the time duration can already be stored in the data memory 9.
  • the data can also be transmitted via an interface, for example wirelessly via a WLAN connection to the control unit 7.
  • the data memory 9 are also Control programs, calculation methods, characteristics, maps and data stored, which are required to operate the heating system 1, in particular for operating the main heating 2 and the auxiliary heater 3 from the control unit 7.
  • the heat pump can extract heat from the ambient air, for example.
  • the heat pump may also be designed in the form of a groundwater heat pump or ground heat pump.
  • the heat pump can be designed in the form of a brine heat pump.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a diagram in which several characteristics for the heat output of the main heating 2 are plotted.
  • a current water temperature T of the water reservoir 4 is plotted along the x-axis.
  • the heating power P of the main heating 2 is applied.
  • a first characteristic curve 14 shows for a first ambient air temperature the dependence of the heat output of an air heat pump on the temperature of the water reservoir 4.
  • a second characteristic 15 shows the dependence of the heat output P of the air heat pump at a second ambient air temperature on the temperature T of the water reservoir 4.
  • the third characteristic curve 16 shows the dependence of the heat output P of the air heat pump at a third ambient air temperature from the temperature T of the water reservoir 4.
  • control unit 7 starts with the control of the main heating 2 and the auxiliary heater 3.
  • the operating temperature for the water of the water storage 4 and the time period in the data memory 9 are already stored.
  • the value for the operating temperature of the water reservoir 4 and the value for the duration can also be entered at program point 100 by an operator.
  • the period of time 9 determines in which time the heating system 1 must heat the water reservoir 4 to the operating temperature.
  • control unit 7 detects the temperature of the water reservoir 4 by means of the second temperature sensor 13. Subsequently, the control unit 7 compares at program point 110 whether the measured temperature of the water reservoir 4 is below the operating temperature. If the measured temperature of the water reservoir 4 is above the operating temperature, it is branched back to program point 105. If the query at program point 110 shows that the measured temperature of the water reservoir 4 is below the operating temperature, the program branches to program point 115.
  • the control unit 7 calculates the heating power of the main heating 2.
  • the heating power of the main heating 2 can be stored in tables or maps.
  • the heating power for the operating points is read out of maps or characteristic data from the memory 9.
  • the control unit 7 detects the temperature of the medium of the heat pump by means of the first temperature sensor 12.
  • the heat pump is designed for example as an air heat pump.
  • the control unit 7 detects the temperature of the ambient air by means of the first temperature sensor 12.
  • the control unit 7 detects by means of the second temperature sensor 13, the current temperature of the water reservoir 4. Using the formula described, the current heating power of the main heater 2 and the heating power of the main heating is summed up and averaged when the operating temperature in the water tank 4. This is a rough average calculation of the heat output of Main heating 2 possible. Depending on the selected embodiment, other calculation methods for determining the heat output of the main heater 2 can be used.
  • the controller 7 calculates the heating energy required to heat the water storage 4 from the current temperature to the operating temperature.
  • Q is the energy required to heat the water reservoir 4
  • Tm is the operating temperature
  • Tc is the current temperature
  • C p is the specific heat capacity of water (4.186 kJ / kg K)
  • ⁇ is the density of water (998 kg / m 3 )
  • Vt denotes the volume of the water reservoir in m 3 .
  • P min is the minimum heating power required to increase the water storage 4 to the operating temperature within the predetermined period of time.
  • Q is the energy required to heat the water storage 4 to the operating temperature. With t the predetermined period of time is designated.
  • the controller 7 compares the heating power of the main heater 2 with the required heating power. If the comparison reveals that the heating power of the main heater 2 is greater than the required heating power, the program branches to program point 140.
  • control unit 7 controls both the main heater 2 and the auxiliary heater 3 to heat the water tank 4 within the predetermined time to the predetermined operating temperature.
  • the additional heating is connected.
  • the main heater 2 may be formed, for example, as a heat pump, in particular as an air heat pump, floor heat pump or brine heat pump.
  • a heat pump in particular as an air heat pump, floor heat pump or brine heat pump.
  • the air heat pump the ambient air is the medium.
  • the soil is the medium.
  • the temperature of the soil is detected to determine the heat output of the heat pump.
  • the main heater 2 may be formed in the form of a brine heat pump.
  • the additional heater 3 may be formed, for example in the form of an electric heater.
  • the efficiency of the heat pump ie the heat output of the heat pump depends on the difference between the current temperature of the water reservoir 4 and the operating temperature. The greater the difference between the current temperature of the water reservoir 4 and the predetermined operating temperature, the greater the heat output of the heat pump.
  • the heat output of the heat pump depends on the temperature of the medium of the heat pump. The higher the temperature of the medium of the heat pump, the higher the heat output of the heat pump.
  • curves and formulas can be stored. For example, a map or a characteristic curve can be stored, in which, depending on the temperature of the medium and the temperature of the water reservoir, the heat output of the heat pump is stored.
  • the corresponding value for the heat output of the main heating can be determined between individual operating points by means of an interpolation.

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Abstract

Verfahren zum Steuern einer Heizanlage für einen Wasserspeicher, wobei die Heizanlage eine Hauptheizung und eine Zusatzheizung aufweist, wobei zum Steuern der Hauptheizung und der Zusatzheizung ein vorgebbarer Wert für eine Betriebstemperatur des Wassers im Wasserspeicher und ein vorgebbarer Wert für eine Zeitdauer verwendet werden, wobei nur die Hauptheizung eingesetzt wird, um das Wasser auf die Betriebstemperatur in der Zeitdauer aufzuheizen, wenn eine Heizleistung der Hauptheizung ausreicht, und wobei zusätzlich die Zusatzheizung eingesetzt wird, um das Wasser im Wasserspeicher auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, wenn die Heizleistung der Hauptheizung nicht ausreicht, um das Wasser auf die Betriebstemperatur in der Zeitdauer aufzuheizen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Heizanlage gemäß Patentanspruch 1 und ein Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 7.
    • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, eine Heizanlage mit zwei Heizungen vorzusehen. Dabei wird eine Heizung als Hauptheizung und eine zweite Heizung als Zusatzheizung eingesetzt, um die gewünschte Heizleistung bereitzustellen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Steuern der zwei Heizungen einer Heizanlage bereitzustellen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch das Steuergerät gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
  • Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die zwei Heizungen der Heizanlage effizient eingesetzt werden. Zudem kann die Heizanlage mithilfe von zwei einfachen, intuitiven Werten von einer Bedienperson eingestellt werden.
  • Die Vorteile werden dadurch erreicht, dass für den Betrieb der Heizanlage ein Wert für eine Betriebstemperatur für das Wasser des Wasserspeichers und ein Wert für eine Zeitdauer vorgegeben wird, innerhalb der die Heizanlage das Wasser des Wasserspeichers auf die Betriebstemperatur aufheizen muss. Die Betriebstemperatur des Wassers und die Zeitdauer sind intuitive Werte, die von einer Bedienperson ohne größere Kenntnis der Funktionsweise der Heizanlage zum Betreiben der Heizanlage vorgegeben werden können. Mithilfe der Betriebstemperatur und der Zeitdauer wird eine effiziente Bereitstellung der gewünschten Heizleistung der Heizanlage ermöglicht.
  • Die Heizanlage wird in der Weise betrieben, dass die Hauptheizung alleine eingesetzt wird, um das Wasser des Wasserspeichers auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, wenn die Heizleistung der Hauptheizung ausreicht. Reicht die Heizleistung der Hauptheizung nicht aus, um das Wasser des Wasserspeichers innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, so wird zusätzlich die Zusatzheizung eingesetzt, um das Wasser im Wasserspeicher auf die Betriebstemperatur aufzuheizen. Mithilfe dieses Verfahrens wird sichergestellt, dass die Hauptheizung die Hauptlast beim Betreiben der Heizanlage trägt und die Zusatzheizung für Heizleistungsspitzen eingesetzt wird.
  • In einer Ausführungsform ist die Hauptheizung in Form einer Wärmepumpe ausgebildet. Abhängig von der Temperatur des Wasserspeichers und abhängig von der Temperatur eines Mediums, aus dem die Wärmepumpe Energie bezieht, wird eine Heizleistung der Wärmepumpe ermittelt. Abhängig von der Heizleistung der Wärmepumpe wird überprüft, ob die Heizleistung der Wärmepumpe zum Aufheizen des Wasserspeichers innerhalb der Zeitdauer ausreicht. Ist dies nicht der Fall, wird zusätzlich die Zusatzheizung eingesetzt. Zudem wird abhängig von der Temperatur des Wassers des Wasserspeichers und der vorgegebenen Betriebstemperatur eine Aufheizenergie ermittelt, die notwendig ist, um den Wasserspeicher auf die Betriebstemperatur aufzuheizen. Die Aufheizenergie wird zusammen mit der Heizleistung der Wärmepumpe verwendet, um festzustellen, ob die Hauptheizung alleine ausreicht, um den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufzuheizen.
  • Mithilfe dieses Verfahrens kann präzise entschieden werden, ob die Hauptheizung zum Bereitstellen der gewünschten Wärmeleistung ausreicht.
  • Zudem kann mithilfe der Wärmepumpe die Heizleistung relativ günstig bereitgestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist die Zusatzheizung als elektrische Heizung ausgebildet. Die elektrische Heizung weist den Vorteil auf, dass die elektrische Heizung kostengünstig ist und zuverlässig funktioniert.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmepumpe in Form einer Luftwärmepumpe ausgebildet, die aus dem Medium Umgebungsluft Wärme aufnimmt. Bei dieser Ausführungsform wird zur Bestimmung der Heizleistung der Luftwärmepumpe eine Temperatur der Umgebungsluft gemessen und bei der Bestimmung der Heizleistung berücksichtigt. Damit ist eine präzise Steuerung der Heizanlage möglich.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird während des Aufheizens des Wasserspeichers auf die Betriebstemperatur überprüft, ob die Heizleistung der Hauptheizung ausreicht, um den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufzuheizen. Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs und abhängig von der Aktivierung der Zusatzheizung bzw. der Nichtaktivierung der Zusatzheizung wird die Zusatzheizung abgeschaltet oder wird die Zusatzheizung dazugeschaltet. Damit wird während des Aufheizvorganges ein optimaler Einsatz der Zusatzheizung erreicht. Wird z.B. während des Aufheizens mit der Hauptheizung und der Zusatzheizung festgestellt, dass die Hauptheizung ausreicht, um den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer ohne weitere Unterstützung durch die Zusatzheizung aufzuheizen, so wird die Zusatzheizung abgeschaltet. Wird jedoch z.B. während des Aufheizens nur mit der Hauptheizung festgestellt, dass die Hauptheizung nicht ausreicht, um den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer ohne weitere Unterstützung durch die Zusatzheizung aufzuheizen, so wird die Zusatzheizung dazugeschaltet.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung der Heizanlage,
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Diagramms für Heizleistungskennlinien einer Wärmepumpe, und
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Programmablaufs zum Betreiben der Heizanlage.
  • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Heizanlage 1, die eine Hauptheizung 2 und eine Zusatzheizung 3 aufweist. Die Hauptheizung 2 und die Zusatzheizung 3 stehen in Wirkverbindung mit einem Wasserspeicher 4. Der Wasserspeicher 4 ist Teil eines Heizsystems, mit dem beispielsweise warmes Brauchwasser oder warmes Wasser für eine Heizung mit Heizkörper und/oder mit einer Fußbodenheizung bereitgestellt werden kann. Der Wasserspeicher 4 steht mit einem Zulauf 5 und mit einem Ablauf 6 in Verbindung. Über den Zulauf 5 wird kälteres Wasser zum Wasserspeicher 4 zugeführt, als über den Ablauf 6 abgeführt wird. Anstelle oder zusätzlich zum Zulauf 5 und zum Ablauf 6 kann ein Wärmetauscher 17 vorgesehen sein, der dem Wasserspeicher 4 Wärme zum Betreiben einer Heizung entzieht.
  • Zudem ist ein Steuergerät 7 vorgesehen, das über Steuerleitungen 8 mit der Hauptheizung 2 und der Zusatzheizung 3 in Verbindung steht. Das Steuergerät 7 weist zudem einen Datenspeicher 9 auf. Weiterhin kann das Steuergerät 7 mit einer Eingabevorrichtung 10 in Verbindung stehen. Zudem steht das Steuergerät 7 über Sensorleitungen 11 mit einem ersten Temperatursensor 12 und mit einem zweiten Temperatursensor 13 in Verbindung.
  • Die Eingabevorrichtung 10 ist vorgesehen, damit eine Bedienperson Daten, Werte und/oder Parameter dem Steuergerät 7 oder dem Datenspeicher 9 übergeben kann. Zudem kann über die Eingabevorrichtung 10 beispielsweise ein bestimmtes Steuerprogramm aus mehreren Steuerprogrammen ausgewählt werden, wobei die Steuerprogramme im Datenspeicher 9 abgelegt sind. Insbesondere kann über die Eingabevorrichtung 10 eine Betriebstemperatur für das Wasser des Wasserspeichers 4 eingegeben werden. Zudem kann über die Eingabevorrichtung 10 eine Zeitdauer vorgegeben werden, innerhalb der die Heizanlage 1 den Wasserspeicher 4 auf die Betriebstemperatur aufheizen muss. Die Daten, die Parameter und insbesondere die Betriebstemperatur und die Zeitdauer können nach der Eingabe vom Steuergerät 7 im Datenspeicher 9 abgelegt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Daten, Parameter und insbesondere die Betriebstemperatur und die Zeitdauer bereits im Datenspeicher 9 abgespeichert sein. Zudem können die Daten auch über eine Schnittstelle, beispielsweise drahtlos über eine WLAN-Verbindung an das Steuergerät 7 übertragen werden. Im Datenspeicher 9 sind zudem Steuerprogramme, Berechnungsverfahren, Kennlinien, Kennfelder und Daten abgelegt, die zum Betreiben der Heizanlage 1, insbesondere zum Betreiben der Hauptheizung 2 und der Zusatzheizung 3 vom Steuergerät 7 benötigt werden.
  • Die Wärmepumpe kann beispielsweise der Umgebungsluft Wärme entziehen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Wärmepumpe auch in Form einer Grundwasserwärmepumpe oder Bodenwärmepumpe ausgebildet sein. Zudem kann die Wärmepumpe in Form einer Solewärmepumpe ausgebildet sein.
  • Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm, in dem mehrere Kennlinien für die Heizleistung der Hauptheizung 2 aufgetragen sind. Dabei ist entlang der x-Achse eine aktuelle Wassertemperatur T des Wasserspeichers 4 aufgetragen. Entlang der y-Achse ist die Heizleistung P der Hauptheizung 2 aufgetragen. Eine erste Kennlinie 14 zeigt für eine erste Temperatur der Umgebungsluft die Abhängigkeit der Heizleistung einer Luftwärmepumpe von der Temperatur des Wasserspeichers 4. Eine zweite Kennlinie 15 zeigt die Abhängigkeit der Heizleistung P der Luftwärmepumpe bei einer zweiten Temperatur der Umgebungsluft von der Temperatur T des Wasserspeichers 4. Die dritte Kennlinie 16 zeigt die Abhängigkeit der Heizleistung P der Luftwärmepumpe bei einer dritten Temperatur der Umgebungsluft von der Temperatur T des Wasserspeichers 4.
  • Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Programmablauf zum Betreiben der Heizanlage 1.
  • Bei Programmpunkt 100 startet das Steuergerät 7 mit der Ansteuerung der Hauptheizung 2 und der Zusatzheizung 3. Bei Programmpunkt 100 sind bereits die Betriebstemperatur für das Wasser des Wasserspeichers 4 und die Zeitdauer im Datenspeicher 9 abgelegt. Abhängig von der gewählten Ausführung kann der Wert für die Betriebstemperatur des Wasserspeichers 4 und der Wert für die Zeitdauer auch bei Programmpunkt 100 von einer Bedienperson eingegeben werden. Die Zeitdauer 9 legt fest, in welcher Zeit die Heizanlage 1 den Wasserspeicher 4 auf die Betriebstemperatur aufheizen muss.
  • Bei einem folgenden Programmpunkt 105 erfasst das Steuergerät 7 mithilfe des zweiten Temperatursensors 13 die Temperatur des Wasserspeichers 4. Anschließend vergleicht das Steuergerät 7 bei Programmpunkt 110, ob die gemessene Temperatur des Wasserspeichers 4 unter der Betriebstemperatur liegt. Liegt die gemessene Temperatur des Wasserspeichers 4 über der Betriebstemperatur, so wird zu Programmpunkt 105 zurückverzweigt. Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 110, dass die gemessene Temperatur des Wasserspeichers 4 unter der Betriebstemperatur liegt, so wird zu Programmpunkt 115 verzweigt.
  • Bei Programmpunkt 115 berechnet das Steuergerät 7 die Heizleistung der Hauptheizung 2. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Heizleistung der Hauptheizung 2 in Tabellen oder Kennfeldern abgelegt sein. Zudem kann das Steuergerät 7 die Heizleistung der Hauptheizung 2 nach folgender Formel berechnen: P = P th T a ⁢ T c + P th t a ⁢ T m 2
    Figure imgb0001
  • Mit P ist die gemittelte Heizleistung der Hauptheizung 2 bezeichnet. Mit Pth ist die Heizleistung der Hauptheizung 2 an einem bestimmten Betriebspunkt in Abhängigkeit von der Temperatur Ta des Mediums der Wärmepumpe und in Abhängigkeit von der aktuellen gemessenen Temperatur des Wasserspeichers Tc bzw. in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur Tm bezeichnet.
  • Die Heizleistung für die Betriebspunkte wird aus Kennfeldern bzw. Kenndaten aus dem Speicher 9 ausgelesen. Zudem erfasst das Steuergerät 7 mithilfe des ersten Temperatursensors 12 die Temperatur des Mediums der Wärmepumpe. In diesem Fall ist die Wärmepumpe beispielsweise als Luftwärmepumpe ausgebildet. Dabei erfasst das Steuergerät 7 mithilfe des ersten Temperatursensors 12 die Temperatur der Umgebungsluft. Zudem erfasst das Steuergerät 7 mithilfe des zweiten Temperatursensors 13 die aktuelle Temperatur des Wasserspeichers 4. Mithilfe der beschriebenen Formel wird die aktuelle Heizleistung der Hauptheizung 2 und die Heizleistung der Hauptheizung bei Erreichen der Betriebstemperatur im Wasserspeicher 4 aufsummiert und gemittelt. Damit ist eine grobe durchschnittliche Berechnung der Heizleistung der Hauptheizung 2 möglich. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Heizleistung der Hauptheizung 2 verwendet werden.
  • Bei einem folgenden Programmpunkt 120 berechnet das Steuergerät 7 die Heizenergie, die erforderlich ist, um den Wasserspeicher 4 von der aktuellen Temperatur auf die Betriebstemperatur aufzuheizen. Dabei kann folgende Formel verwendet werden: Q = T m - T c ⋅ C p ⋅ ρ ⋅ V t 3.6 ⋅ 10 6
    Figure imgb0002
  • In der Formel ist mit Q die benötigte Energie zum Aufheizen des Wasserspeichers 4, mit Tm die Betriebstemperatur, mit Tc die aktuelle Temperatur, mit Cp die spezifische Wärmekapazität von Wasser (4,186 kJ/kg K), mit ρ die Dichte von Wasser (998 kg/m3) und mit Vt das Volumen des Wasserspeichers in m3 bezeichnet.
  • Bei einem folgenden Programmpunkt 125 berechnet das Steuergerät 7 die Heizleistung, die erforderlich ist, um innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer den Wasserspeicher 4 auf die vorgegebene Betriebstemperatur aufzuheizen. Dabei kann folgende Formel verwendet werden: P min = Q t
    Figure imgb0003
  • Pmin ist die minimale Heizleistung, die erforderlich ist, um innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer den Wasserspeicher 4 auf die Betriebstemperatur zu erhöhen. Mit Q ist die Energie bezeichnet, die erforderlich ist, um den Wasserspeicher 4 auf die Betriebstemperatur aufzuheizen. Mit t ist die vorgegebene Zeitdauer bezeichnet.
  • Bei einem folgenden Programmpunkt 130 vergleicht das Steuergerät 7 die Heizleistung der Hauptheizung 2 mit der benötigten Heizleistung. Ergibt der Vergleich, dass die Heizleistung der Hauptheizung 2 größer ist als die benötigte Heizleistung, so wird zu Programmpunkt 140 verzweigt.
  • Bei Programmpunkt 140 steuert das Steuergerät 7 nur die Hauptheizung 2 an, um den Wasserspeicher 4 auf die vorgegebene Betriebstemperatur aufzuheizen.
  • Ergibt die Überprüfung bei Programmpunkt 130, dass die durchschnittliche Heizleistung der Hauptheizung 2 kleiner ist als die benötigte Heizleistung, so wird zu Programmpunkt 145 verzweigt.
  • Bei Programmpunkt 145 steuert das Steuergerät 7 sowohl die Hauptheizung 2 als auch die Zusatzheizung 3 an, um den Wasserspeicher 4 innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer auf die vorgegebene Betriebstemperatur aufzuheizen.
  • Anschließend wird zu Programmpunkt 105 zurückverzweigt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann während des Aufheizens das Steuergerät 7 zu Programmpunkt 105 zurückverzweigen und prüfen, ob die Heizleistung der Hauptheizung 2 ausreicht, um ohne die Zusatzheizung 3 den Wasserspeicher 4 auf die gewünschte Betriebstemperatur innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer aufzuheizen. Dabei wird während des Aufheizens des Wasserspeichers auf die Betriebstemperatur überprüft, ob die Heizleistung der Hauptheizung ausreicht, um den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufzuheizen. Abhängig von dem Ergebnis wird die Zusatzheizung abgeschaltet oder dazugeschaltet. Damit wird während des Aufheizvorganges ein optimaler Einsatz der Zusatzheizung erreicht. Wird z.B. während des Aufheizens mit der Hauptheizung und der Zusatzheizung festgestellt, dass die Hauptheizung ausreicht, um den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer ohne weitere Unterstützung durch die Zusatzheizung aufzuheizen, so wird die Zusatzheizung abgeschaltet.
  • Wird jedoch z.B. während des Aufheizens nur mit der Hauptheizung festgestellt, dass die Hauptheizung nicht ausreicht, um den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer ohne weitere Unterstützung durch die Zusatzheizung aufzuheizen, so wird die Zusatzheizung dazugeschaltet.
  • Dadurch wird erreicht, dass die Zusatzheizung nur dann eingesetzt wird, wenn die Hauptheizung alleine nicht schnell genug den Wasserspeicher 4 auf die Betriebstemperatur aufheizen kann.
  • Die Hauptheizung 2 kann beispielsweise als Wärmepumpe, insbesondere als Luftwärmepumpe, Bodenwärmepumpe oder Solewärmepumpe ausgebildet sein. Bei Verwendung der Luftwärmepumpe stellt die Umgebungsluft das Medium dar. Bei Verwendung der Bodenwärmepumpe stellt der Boden das Medium dar. Somit wird bei dieser Ausführungsform die Temperatur des Bodens erfasst, um die Heizleistung der Wärmepumpe zu ermitteln. Zudem kann die Hauptheizung 2 in Form einer Solewärmepumpe ausgebildet sein.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann beispielsweise die Betriebstemperatur im Bereich zwischen 35°C und 43°C liegen. Zudem kann beispielsweise die vorgegebene Zeitdauer im Bereich zwischen einer und fünf Stunden liegen.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Zusatzheizung 3 beispielsweise in Form einer elektrischen Heizung ausgebildet sein.
  • Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe, d.h. die Heizleistung der Wärmepumpe hängt von der Differenz zwischen der aktuellen Temperatur des Wasserspeichers 4 und der Betriebstemperatur ab. Je größer die Differenz zwischen der aktuellen Temperatur des Wasserspeichers 4 und der vorgegebenen Betriebstemperatur ist, umso größer ist auch die Heizleistung der Wärmepumpe. Zudem hängt die Heizleistung der Wärmepumpe von der Temperatur des Mediums der Wärmepumpe ab. Je höher die Temperatur des Mediums der Wärmepumpe, umso höher ist die Heizleistung der Wärmepumpe. Anstelle der Berechnung der Heizleistung können Kennfelder, Kennlinien und Formeln abgelegt sein. Beispielsweise kann ein Kennfeld oder eine Kennlinie abgelegt sein, in der abhängig von der Temperatur des Mediums und der Temperatur des Wasserspeichers die Heizleistung der Wärmepumpe abgelegt ist.
  • Bei der Verwendung von Kennfeldern kann zwischen einzelnen Betriebspunkten mithilfe einer Interpolation der entsprechende Wert für die Heizleistung der Hauptheizung ermittelt werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Steuern einer Heizanlage (1) für einen Wasserspeicher (4), wobei die Heizanlage (1) eine Hauptheizung (2) und eine Zusatzheizung (3) aufweist, wobei zum Steuern der Hauptheizung (2) und der Zusatzheizung (3) ein vorgebbarer Wert für eine Betriebstemperatur des Wassers im Wasserspeicher (4) und ein vorgebbarer Wert für eine Zeitdauer verwendet werden, wobei nur die Hauptheizung (2) eingesetzt wird, um das Wasser auf die Betriebstemperatur in der Zeitdauer aufzuheizen, wenn eine Heizleistung der Hauptheizung (2) ausreicht, und wobei zusätzlich die Zusatzheizung (3) eingesetzt wird, um das Wasser im Wasserspeicher (4) auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, wenn die Heizleistung der Hauptheizung (2) nicht ausreicht, um das Wasser auf die Betriebstemperatur in der Zeitdauer aufzuheizen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Heizleistung der Hauptheizung (2) ermittelt wird, wobei eine Aufheizenergie ermittelt wird, die zum Aufheizen des Wasserspeichers (4) auf die Betriebstemperatur notwendig ist, und wobei abhängig von der Aufheizenergie und der Heizleistung der Hauptheizung (2) überprüft wird, ob die Hauptheizung (2) den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufheizen kann.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptheizung als Wärmepumpe (2) ausgebildet ist, wobei abhängig von der Temperatur des Wasserspeichers (4) und der Betriebstemperatur und abhängig von einer Temperatur eines Mediums, aus dem die Wärmepumpe (2) Energie bezieht, eine Heizleistung der Wärmepumpe (2) ermittelt wird, wobei abhängig von der Temperatur des Wasserspeichers (4) und der Betriebstemperatur eine Aufheizenergie ermittelt wird, die zum Aufheizen des Wasserspeichers (4) auf die Betriebstemperatur notwendig ist, und wobei abhängig von der Aufheizenergie und der Heizleistung der Wärmepumpe (2) überprüft wird, ob die Wärmepumpe (2) den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufheizen kann.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusatzheizung (3) als elektrische Heizung ausgebildet ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Wärmepumpe eine Luftwärmepumpe (2) ist, wobei das Medium Umgebungsluft ist, und wobei zur Bestimmung der Heizleistung der Luftwärmepumpe (2) eine Temperatur der Umgebungsluft gemessen und berücksichtigt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Aufheizens des Wasserspeichers (4) auf die Betriebstemperatur überprüft wird, ob die Heizleistung der Hauptheizung (2) ausreicht, um den Wasserspeicher innerhalb der Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, und wobei abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs die Zusatzheizung (3) abgeschaltet oder die Zusatzheizung dazugeschaltet wird.
  7. Steuergerät (7) zum Steuern einer Heizanlage (1) für einen Wasserspeicher (4), wobei die Heizanlage (1) eine Hauptheizung (2) und eine Zusatzheizung (3) aufweist, wobei das Steuergerät (7) einen Datenspeicher (9) aufweist, wobei zum Steuern der Hauptheizung (2) und der Zusatzheizung (3) im Datenspeicher (9) ein Wert für eine Betriebstemperatur des Wasserspeichers (4) und ein Wert für eine Zeitdauer abgespeichert sind, wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um die Hauptheizung (2) alleine anzusteuern, um das Wasser im Wasserspeicher (4) auf die Betriebstemperatur innerhalb der Zeitdauer aufzuheizen, wenn eine Heizleistung der Hauptheizung (2) ausreicht, und wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um zusätzlich die Zusatzheizung (3) anzusteuern, um das Wasser im Wasserspeicher (4) auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, wenn die Heizleistung der Hauptheizung (2) nicht ausreicht, um das Wasser auf die Betriebstemperatur innerhalb der Zeitdauer aufzuheizen.
  8. Steuergerät nach Anspruch 7, wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um eine Heizleistung der Hauptheizung (2) zu ermitteln, wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um eine Aufheizenergie zu ermitteln, die notwendig ist, um den Wasserspeicher auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, und wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um abhängig von der Aufheizenergie und der Heizleistung der Hauptheizung (2) zu überprüfen, ob die Hauptheizung (2) das Wasser im Wasserspeicher innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufheizen kann.
  9. Steuergerät nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Hauptheizung (2) als Wärmepumpe (2) ausgebildet ist, wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um abhängig von der Temperatur des Wasserspeichers (4) und der Betriebstemperatur und einer Temperatur eines Mediums, aus dem die Wärmepumpe Energie bezieht, eine Heizleistung der Wärmepumpe (2) zu ermitteln, wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um abhängig von der Temperatur des Wärmespeicher und der Betriebstemperatur eine Aufheizenergie zu ermitteln, die notwendig ist, um den Wasserspeicher (4) auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, und wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um abhängig von der Aufheizenergie und der Heizleistung der Wärmepumpe (2) zu überprüfen, ob die Wärmepumpe (2) das Wasser im Wasserspeicher (4) innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufheizen kann.
  10. Steuergerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Zusatzheizung (3) als elektrische Heizung (3) ausgebildet ist, und wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um die elektrische Heizung (3) anzusteuern.
  11. Steuergerät nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Wärmepumpe (2) als Luftwärmepumpe ausgebildet ist, und wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um eine Heizleistung der Luftwärmepumpe (2) abhängig von der Temperatur der Umgebungsluft zu bestimmen.
  12. Steuergerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um während des Aufheizens des Wasserspeichers (4) auf die Betriebstemperatur zu überprüfen, ob die Heizleistung der Hauptheizung (2) ausreicht, um den Wasserspeicher (4) innerhalb der Zeitdauer auf die Betriebstemperatur aufzuheizen, und wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs die Zusatzheizung (3) abzuschalten bzw. die Zusatzheizung dazuzuschalten.
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